Importancia de la nanotecnología en los alimentos cárnicos

Importancia de la

nanotecnología

en los alimentos cárnicos

cía J.M.

1_{Colegio de Postgraduados. Programa de} Ganadería. Línea LPI-16. Innovación Tec-nológica. Km. 36.5 Carr. México Texcoco Edo. De México CP 56230. 2Universidad Autónoma Metropolitana-Lerma. Av. de las Garzas 10, Col. El Panteón, Lerma de Villada Municipio de Lerma, Estado de México, C. P. 52005.

Autor responsable: [email protected]

Resumen

S

e describe el estado actual de la investigación y uso de la nanotecnología en la producción de alimentos cárnicos. Se hace referencia al desarrollo de nuevas tecnologías y aplicaciones para mantener y mejorar la calidad; asimismo, se muestra el efecto de algu-nos materiales nanopartículados y ejemplos de na-notécnicas y encapsulados nanométricos en la conservación de la carne, con el propósito de que el producto sea inocuo para el consumidor.

Figura 1. Preparación de dispositivos nanómetricos de micromineralesde la columna.

I

ntroduccIón

Las

innovaciones tecnológicas en diversas áreas del co-nocimiento han dado lugar a la nano-tecnología, como una ciencia que se ocupa de la creación y uso de disposi-tivos nanómetricos (Figura 1) y es de-finida por la National Nanotechnology Initiative (NNI) como un campo dedi-cado a la manipulación de la materia a niveles atómicos y moleculares en una escala de 1 a 100 nm, donde los fenómenos únicos permiten aplica-ciones novedosas (NNI, 2007), y que adquiere propiedades y característi-cas distintas a materiales con escalas mayores. Su uso tiene

un gran potencial para revolucionar el sector agrícola y pecuario. Las tecnologías de nano-escala permitirán la creación de nuevos or-ganismos artificiales, que pueden ser usados en la calidad de los ali-mentos. Hoy en día los estantes de supermer-cados cuentan con ali-mentos que contienen nano-materiales ma-nufacturados como in-gredientes, por lo que grandes compañías de la alimentación en el mundo tienen

progra-mas activos de investigación y desa-rrollo nanotecnológico. Este campo tiene un alto potencial de aplicación en todos los aspectos de producción de alimentos; por ejemplo, en la dis-minución del contenido de grasa o carbohidratos, incremento en el con-tenido de proteínas, fibra o vitaminas, fortalecimiento de aromas, coloran-tes y aditivos nutricionales e, incluso, empaques que aumentan la vida útil de los alimentos, entre otras

aplica-ciones. El objetivo de esta revisión es proporcionar una visión general de las aplicaciones de la nanotecnología en los productos cárnicos, como un beneficio al consumidor.

Nanopartículas en la producción de carne

La calidad de la carne se define con base en la calidad nutritiva o por los análisis fisicoquímicos y sensoriales. La producción animal permite ree-valuar constantemente los reque-rimientos de los animales, y uno de los indicadores importantes en las raciones es el balance de

micronu-trientes que, suministrados en forma nanoparticulada, optimiza su absor-ción intestinal (Buzea et al., 2007). Recientemente Cai et al. (2012) eva-luaron nanopartículas (10-150 nm) de selenio (Se) en la calidad de la canal y resistencia a la oxidación en pollos, encontrando una mayor actividad de la glutatión peroxidasa con dosis de 0.30-0.50 mg kg1 _{de nano-selenio.}

Esta enzima es seleno-dependiente y es muy importante en la defensa

an-tioxidante, ya que evita la producción de hidroperóxidos, los cuáles produ-cen productos secundarios que afec-tan el olor y sabor de la carne. Similar-mente Zhou y Wang (2011) evaluaron nanopartículas (60-80 nm) de Se con dosis de 0.30 mg kg1 _{en pollos,}

au-mentando la actividad de la glutatión peroxidasa e inosina 5-monofosfato, que impactó en mejor calidad de car-ne.

El cromo (Cr) es mineral traza y com-ponente esencia del factor tolerante a la glucosa, y se asocia con el meta-bolismo de proteínas, grasas y carbo-hidratos. Zha et al. (2009) evaluaron

nanopartículas (30-60 nm) de picolina-to de Cr en pollos de engorda sometidos a estrés por calor, au-mentando el rendi-miento de eviscerado de la canal con au-mento de peso y con-tenido de proteína en pechuga y muslo, así como menor conte-nido de colesterol y grasa. Por su propie-dad antibacteriana, el uso de la plata (Ag) en la producción ani-mal ha despertado el interés de algu-nos investigadores, ya que su uso es limitado debido a sus efectos tóxicos en el organismo, provocando problemas de salud pú-blica; sin embargo, según Grodzick y Sawosz (2006), la toxicidad se elimina con el uso de la plata nanopartículada.

Nanoencapsulados en la conservación de la carne

La higiene y sanidad de la carne (ino-cuidad o seguridad del alimento)

constituyen elementos innegociables y de valor absoluto, ya que se considera que un alimento no debe ocasionar daño o enfermedad a la persona que lo ha consumido. De ahí la importancia de mantener una buena higiene en este producto en todo momento. Además, tener una carne íntegra es importante económicamente ya que una alte-ración disminuye la vida de anaquel y dificulta su comer-cialización (Flores et al., 2011). El efecto antimicrobiano de las nanopartículas de plata (Ag) es conocido. Actualmente se investiga su aplicación en el envasado de cárnicos en la elaboración sabores, olores y en nanosensores, para la detección de analitos (gases de descomposición) produ-cidos por patógenos en alimentos (Duncan, 2011). El área más activa de investigación alimentaria con aplicaciones de nanociencia es el envasado (Figura 2), debido a la gran aceptación por parte del consumidor. Los avances de la na-notecnología inciden en la industria alimentaria y podrán aplicarse de diversas maneras en los productos cárnicos, para poder mejorar su calidad y alargar su vida de anaquel.

Durante el procesamiento de la carne, el picado produce mayor reparto de bacterias y aumen-ta la superficie de conaumen-tacto con el aire. Varios aceites esenciales (Ae) son efectivos contra cier-tas bacterias psicótrofas para degradar com-puestos aromáticos; éstos pueden usarse como conservadores naturales de alimentos cárnicos. Su empleo es limitado por consideraciones de gusto y sabor, pero su encapsulación es una al-ternativa muy prometedora.

Se ha demostrado que los Ae tienen propiedad antimicro-biana frente a bacterias patógenas que se desarrollan en hamburguesas. El Ae de orégano (Origanum vulgare ssp. Hirtum) fue el más activo y se estableció que la microencap-sulación con goma arábiga como material de pared favore-ce su conservación, vehiculización y dosificación (González, 2007). Las microencápsulas de Ae de romero (Rosmarinus officinalis L.) son más efectivas que el aceite sin encapsular, frente a Listeria monocytogenes en salchichas de hígado de cerdo (Pandit y Shelef, 1994). El uso de nanopartículas y nanocapsulados en alimentos y empaques alimenticios deben estar sujetos a pruebas de seguridad, antes de ser incluidos en el comercio de los productos de alimentos (So-rrentino et al., 2007). En la actualidad algunos nanocom-puestos ya son usados como material de embalaje o recu-brimiento, para controlar la difusión de gases y prolongar el tiempo de conservación (Figura 3).

Cada vez se utilizan más productos basados en la nano-tecnología para elaborar materiales de contacto con los alimentos dotados de propiedades antimicrobianas (Da-niells, 2007); por ejemplo, el innovador diseño de sensores capaces de detectar contaminación bacteriana y reaccio-nar contra ella. Analistas de la nanotecnología suponen que entre 150-600 nanoalimentos y 400-500 aplicaciones de nanoempaque para alimentos cárnicos, ya están en el mercado (Ozimek et al., 2010); un ejemplo de lo anterior es el envoltorio plástico Dur-than® KU 2-2601, usado para

Figura 2. Nanoempaques para la conservación de la carne.

Figura 3. Secado por liofilización de nanopartículas para prolongar el tiempo de conservación en productos cárnicos.

envolver embutidos, carne y queso. Este material contiene nanopartículas de sílice (Si) en un nano compuesto polimé-rico, que impiden la entrada de oxígeno y gas, alargando el tiempo de conservación del alimento (Helmut Kaiser Con-sultancy Group, 2007b). Otra de las aplicaciones son los mi-croencapsulados de colorantes naturales para embutidos. De acuerdo con Garzón et al. (2012), el color proporcionado por la oleorresina microencapsulada en el chorizo se aleja de los valores de referencia, pero presentó mayor estabili-dad en condiciones de humeestabili-dad y temperatura extrema, comparada con la oleorresina de páprika extraída por flui-dos supercríticos. Los miscroencapsulaflui-dos de extractos de uva (Vitis vinífera) son eficaces en la lucha contra los pa-tógenos, la oxidación de este alimento, y para mantener el color rojo, debido a su capacidad antioxidante y como aporte de pigmentos naturales (Huertas, 2010).

En la actualidad no existe una legislación com-pleta para el uso de nanopartículas en produc-tos cárnicos, ya que existe la posibilidad de que éstas entren en contacto con los alimen-tos (carne) y que al migrar contaminen el ali-mento, por lo que son necesarios más estudios al respecto. Por ello, antes de su aplicación in-dustrial es importante considerar las regula-ciones de los riesgos potenciales asociados a la nano-dimensiones y la posible migración de los iones metálicos en los alimentos o bebidas

(Llorens et al., 2012).

Nanotécnicas usadas en la conservación de la carne

Nano-empaques

Se usan compuestos nanoestructurados de plata (Ag), cobre (Cu) y zinc (Zn) que están en contacto

con alimentos para su conservación (Llorens et al., 2012). Como se mencionó, la plata es

ac-tualmente el antimicrobiano más usa-do. Sus partículas de tamaño na-nométrico están inmovilizadas

en polímeros de envasa-do de alimentos, lo

que permite mayor

vida útil de la carne. Una desventaja es la incertidumbre acerca de si las partículas de Ag pueden migrar desde el empaque a la carne (Llorens et al., 2012); de igual forma, se encuentra la viabilidad del ZnO (óxido de zinc) incorpo-rado en nanocompuestos poliméricos destinados para el envasado de alimentos, la cual ya ha sido aprobada. Asi-mismo, las nanopartículas de cobre (Cu) se han distribuido en películas de quitosano, destinadas para aplicaciones de envasado de alimentos. Existen estudios que evalúan las propiedades antibacterianas y físicas del policloruro de vinilo (PVC) recubierto con película a base de nanopartí-culas de ZnO, que son eficientes contra Escherichia coli y

Staphylococcus aureus. La película de PVC recubierta con nanopartículas de ZnO tiene buen potencial para usarse en el envasado de alimentos (Li et al., 2010).

Nano-sensores

Los productos frescos y carnes presentan características que pueden ser fácilmente distinguidas por los consumi-dores; algunas de éstas son el color, olor, sabor u otras características sensoriales, que en ocasiones pueden es-tar alteradas por diferentes factores (Troy y Kerry, 2010). Como los materiales de envasado limitan la exposición sensorial, los consumidores deben confiar en las fechas de caducidad; por ello, los nanosensores están diseñados para detectar la presencia de gases, aromas, y contami-nantes químicos y patógenos. Esto no sólo es útil para el control de la calidad y garantizar a los consumidores un punto ideal de frescura y sabor, sino que también tiene el potencial de mejorar la seguridad alimentaria y redu-cir la frecuencia de las enfermedades transmitidas por los alimentos. Más allá de los beneficios que ofrece a los compradores de supermercados y fabricantes de alimen-tos, los sensores basados en la nanotecnología tienen el potencial de revolucionar la velocidad y la precisión con la que las industrias o las instancias reguladoras detecten la presencia de contaminantes moleculares o adulterantes en matrices alimentarias complejas. Muchos de estos en-sayos se basan en los cambios de color observados que se producen a las soluciones de nanopartículas de metal en la presencia de analitos (Duncan, 2011).

Detector de oxigeno

Dentro de las medidas que se deben tomar para mantener la calidad higiénica de la carne, está la regulación de la per-meabilidad de los gases, como el oxígeno, ya que acelera el crecimiento de microorganismos aerobios que afectan la conservación de la carne (Taik, 2010; Flores et al., 2011). Actualmente se están ideando métodos de detección basados en la

nanotec-nología, como son los nanosensores. Por ejemplo, se ha de-sarrollado una tinta fotoactivada para la detección de oxí-geno en paquetes de carne sobre la base de tamaño nano-métrico de partículas del dióxido de titanio (TiO2) o dióxido

de estaño (SnO2) y un tinte (azul de metileno) redox-activo;

este detector cambia gradualmente de color en respuesta incluso a cantidades mínimas de oxígeno (Duncan, 2011).

Detector de aminas

Otros ejemplos de detección de gases relacionados con la seguridad o calidad de los alimentos incluye la detección de aminas gaseosas que son indicadoras del deterioro de la carne (Tamim y Doerr, 2003) y, en tales casos, los compues-tos de nanopartículas de SnO2 pueden detectar estos gases

en el nivel de partes por millón (Li et al., 2010).

Detector con inmunógenos

Los métodos de detección biológicos se dan también por las interacciones selectivas antígeno-anticuerpo. Una técnica conocida es la de separación inmunomagnética (SIM); ésta utiliza partículas magnéticas unidas a anti-cuerpos selectivos en combinación con un imán. El ob-jetivo de la prueba es hacer una separación selectiva del

analito a partir de la matriz del alimento (partículas mag-néticas a nanoescala). Por ejemplo, si se quiere separar eficientemente algunas bacterias, la unión de anticuer-pos selectivos de L. monocytogenes con nanopartículas de óxido de hierro (FeO) magnéticas, puede usarse eficiente-mente en la leche contaminada y de esta manera detec-tar estos microorganismos con análisis de PCR en tiempo real. Un enfoque similar se ha utilizado para aislar E. coli a partir de carne de vacuno recién molida, con más de 94% de eficiencia de captura y sin interferencia de otras espe-cies bacterianas. Sin embargo, la mayor parte del trabajo en nanosensores o ensayos para analitos relacionados con los alimentos está todavía en las primeras etapas de desarrollo (Duncan, 2011).

Nano-antioxidantes

Existen estudios donde se ha evaluado la eficacia de la acti-vidad antioxidante in vitro del -caroteno y ácido -lípoico

en conjugación con un lípido encapsulado. Esta actividad fue determinada por la actividad captadora de radicales en estado libre. La nanoemulsión se preparó y se liofilizó para obtener nanocápsulas de un tamaño de partícula de 320.81.48 nm para el ácido -lipoico y 210.51.23 nm para

el -caroteno (Sen y Ghosh, 2012), de tal forma que la

nano-tecnología es buena alternativa para evitar la auto-oxi-dación de ácidos grasos poliinsaturados de

algunos alimentos (Xu et al., 2013).

c

onclusIones

El uso de la

nanotecnología en

la producción cárni-ca, ya sea como parte de nuevos ingredientes alimen-ticios o como complementos en su procesamiento, es cada vez mayor; sin embargo, no se debe perder de vista la relación riesgo-beneficio. Por ello, es muy im-portante generar más información que pueda dar al consumidor la tranquilidad de colocar en su mesa un alimento sano y de buena calidad.

l

IteraturacItada

Buzea C., Pacheco B.I., Robbie K. 2007. Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity. Biointerphases. 2:1-103.

Cai S.J., Wu C.X., Gong L.M., Song T., Wu H., Zhang L.Y. 2012. Effects of nano-selenium on performance, meat quality, immune function, oxidation resistance, and tissue selenium content in broilers. Poultry Science. 91:2532-2539.

Daniells S. 2007. Thing big, think nano. Food Navigator.com Europe 19 December 2007. Available at: http://www.foodnavigator.com/ news/ng.asp?n=82109 (accessed 29 April 2013).

Duncan T.V. 2011. Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: Barrier materials, antimicrobials and sensors. Journal of Colloid and Interface Science. 363: 1-24.

Flores R.C., Leal M., Ruiz R.J., Sánchez E., Moreno M., Castro G., Barboza Y. 2011. Tiempo de almacenamiento e identificación de bacterias ácido láctico en carnes de res picada empacadas al vacío. Revista Científica, FCV-LUZ. 21: 425-433.

Garzón M.A.G., Londoño-Londoño J., Hurtado M.I.G., Cardona L.D.J.M., Rincón C.C.S. 2012. Aplicación de la páprika extraída por fluidos supercríticos y microencapsulada por spray-drying en un producto embutido. Una alternativa como colorante natural. Revista Lasallista de Investigación . Vol. 9. No. 2. Pag. 87

González C., Margalef M.I., Molina A., Viturro C. 2007. Conservación de hamburguesas de carne por combinación de factores. temperatura, envase, envasado al vacío y aceite esencial de Origanum vulgare ssp. hirtum encapsulado. La industria cárnica latinoamericana. 149p.

Grodzik M., Sawosz E. 2006. The influence of silver nanoparticles on chicken embryo development and bursa of Fabricius morphology. Journal Animal Feed Science. 15:111-114.

Helmut Kaiser Consultancy Group. 2007b. Strong increase in nanofood and molecular food markets in 2007 worldwide. http://www.hkc22.com/Nanofoodconference.html Huertas R.A.P. 2010. Revisión: Microencapsulación de

Alimentos. Revista Facultad Nacional de Agronomia de Medellín, 63(2), 5669-5684. Li X.H., Xing Y.G., Li W. L., Jiang Y.H., Ding Y.L.

2010. Antibacterial and physical properties of poly (vinyl chloride)-based film coated with ZnO

nanoparticles. Food Science and Technology International. 16: 225-232.

Llorens A., Lloret E., Picouet P.A., Trbojevich R., Fernandez A. 2012. Metallic-based micro and nanocomposites in food contact materials and active food packaging. Trends in Food Science and Technology. 24: 19-29.

NNI. 2007. National Nanotechnology Initiative: What is nanotechnology? Disponible en http://www.nano.gov/html/facts/whatIsNano. html

Pandit V.A., Shelef L.A. 1994, Sensitivity of Listeria monocytogenes to rosemary (Rosimarinus officinalis L.). Food Microbiology, 11, 57-63. Ozimek, L., Pospiech, E., Narine, S. 2010. Nanotechnologies in food and

meat processing. Acta Scientiarum Polonorum, Technologia Alimentaria. 4: 401-412

Sen G. S., Ghosh M. 2012. In vitro study of anti-oxidative effects of

-carotene and -lipoic acid for nanocapsulated lipids. LWT-Food

Science and Technology. 49: 131-138.

Sorrentino A., Gorrasi G., Vittoria V. 2007. Potential perspectives of bio-nanocomposites for food packaging applications. Trends Food Science and Technology. 18:84-95.

Taik L. K. 2010. Quality and safety aspects of meat products as affected by various physical manipulations of packaging materials. Meat Science. 86: 138-150.

Tamin N. M., Doerr J. A. 2003. Effect of Putrefaction of Poultry Carcasses Prior to Rendering on Biogenic Amine Production. Poultry Science. 12: 456-460.

Troy D. J., Kerry J. P. 2010. Consumer perception and the role of science in the meat industry. Meat Science. 86: 214-226.

Xu J., Zhao W., Ning Y., Bashari M., Wu F., Chen H., Yang N., Jin Z., Xu B., Zhang L., Xu X. 2013. Improved stability and controlled release of 3/ 6 polyunsaturated fatty acids by spring dextrin encapsulation. Carbohydrate Polymers. 92: 1633-1640.

Zha L.Y., Zeng J.W., Chu X.W., Mao L.M., Luo H.J. 2009. Efficacy of trivalent chromium on growth performance, carcass characteristics and tissue chromium in heat-stressed broiler chicks. Journal Science and Food Agriculture. 89:1782-1786.

Zhou X., Wang Y. 2011. Influence of dietary nano elemental selenium on growth performance, tissue selenium distribution, meat quality, and glutathione peroxidase activity in Guangxi Yellow chicken. Poultry Science. 90:680-686.

AGRO